范存章FAN Cun-zhang

（河北省邢臺地質局第二地質隊，邢臺 054000）

0 引言

地球內部蘊藏著巨大的能量，該能量能通過熱能的方式傳播熱量至地殼上層[1]。因此，地熱資源已成為“雙碳目標”背景下不可或缺的新能源之一，其開發(fā)利用日益受到重視?？碧絽^(qū)域位于河北張家口西北部，由于缺乏該區(qū)域詳細的地熱資源勘查資料，需要通過地球物理手段查明查明工作區(qū)熱儲層埋深等情況[2]。因此，先進的物探技術查成為尋找地熱資源的重要手段。根據(jù)現(xiàn)有的資料查明含熱儲層電阻率比非儲層低，可以將地下巖層低阻異常作為地熱資源判別的重要標志，大地電磁法成為常用的地熱資源勘查手段，是一種簡捷、有效并且直觀的地球物理勘探方法，在地熱勘查中得到了廣泛的應用[3，4]。

1 大地電磁測探法原理及理論依據(jù)

大地電磁測深法一種利用天然場源的電磁勘探方法?；诟哳l電磁波向地下穿透深度小，低頻電磁波穿透深度大的原理，通過在地面一點主要觀測頻率范圍為的大地電磁脈動信號，并經(jīng)數(shù)據(jù)處理和分析，求得反映該點不同深度電性分布的大地電磁測深視電阻率曲線，以及計算出阻抗張量，進而做出地質解釋。主要用于研究地殼上地幔的電性結構，如地殼內和上地幔高導層的發(fā)現(xiàn)對構造動力學提供了依據(jù)；還廣泛用于油氣田、地熱田等的普查與勘探，具有探測高阻覆蓋層以下的地質構造優(yōu)勢[5，6]。本次大地電磁測深野外數(shù)據(jù)采集采用張量測量法，觀測天然電磁場的4 個水平分量（Ex、Ey、Hx、Hy），布極方式為“十”型，電極距為60m，用手持GPS 量取距離，誤差不超過1m，布極方向由森林羅盤儀精確定位，偏差不超過1 度。

2 區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于河北省西北部的宣化區(qū)，地處張家口市經(jīng)濟隆起帶“黃金島”中心位置，是連接北京、張家口的通道，東與北京市相交，北鄰內蒙古，南部為保定市，是溝通京、津與冀、晉、蒙西部地區(qū)物資貿易和流通的樞紐城市，境內公路、鐵路運輸通暢、便利。根據(jù)張家口市宣化區(qū)擬設地熱調查區(qū)塊規(guī)劃，本次大地電磁測深工作在河子西區(qū)塊展開。河子西區(qū)塊位于宣化區(qū)中北部，面積約1.5km2。比鄰宣化市區(qū)，110 國道和112 國道在區(qū)內交匯，京張高速從該區(qū)塊北部穿過，張石高速從該區(qū)塊西南部穿過，又有鐵路干線，路網(wǎng)四通八達，交通極為便利。

2.1 地層 工作區(qū)內地層大部被第四系覆蓋，局部有基巖出露，根據(jù)地表出露及鄰區(qū)鉆孔資料，調查區(qū)發(fā)育的地層由老至新分別為：新太古界桑干巖群（Ar3S）、中元古界薊縣系鐵嶺組（Jxt）、新元古界青白口系下馬嶺組（Qnx）、中生界侏羅系下統(tǒng)南大嶺組（J1n）、中統(tǒng)下花園組（J2x）、九龍山組（J2j）、髫髻山組（J2t）、上統(tǒng)土城子組（J3t）及第四系（Q）。從大地電磁測深綜合剖面圖中得出，工作區(qū)自西南至西北，地層由新到老、由厚變薄，傾角由小變大。

2.2 巖漿巖 工作區(qū)僅在侏羅系地層中有一套含火山碎屑的河流相沉積建造。主要巖性為火山角礫巖、凝灰?guī)r等。

2.3 構造 工作區(qū)大地構造位置處于中朝準地臺（Ⅰ）、燕山臺褶帶（Ⅱ）、冀西陷褶斷束（Ⅲ），宣龍復向斜（Ⅳ）、宣后向斜（Ⅴ）的中央部位。工作區(qū)位于宣后向斜的西北翼。宣后向斜以其寬緩的褶皺和四周太古界及元古界地層大片出露為特征，并被其外圍的水泉-洗馬林斷裂、黃羊山-雞鳴山逆掩斷層帶和懷安-宣化斷裂所圍割。

3 地球物理特征

工區(qū)內各地層的物性參數(shù)主要是導電性等資料綜合分析得出，相關資料統(tǒng)計見表1。

表1 物性統(tǒng)計表

4 野外工作及資料解釋

4.1 野外工作 本次測量工作所選用的測量儀器主要是銀河6 雙頻GPS 接收機（南方測繪公司），接收機標稱精度為2.5mm+1ppm。本次測量時間周期為2 天，共完成大地電磁測深點51 個，質量檢查點2 個。在收集、分析已有地質、遙感、儲層特征等方面工作成果資料的基礎上，推斷分析重點區(qū)內大致地質環(huán)境、地形地貌和構造基本情況。在大致垂直于區(qū)內地層或構造走向的方向布置測線，展開大地電磁測深工作，在通過資料處理、解譯，大致了熱儲層、斷裂構造分布情況，結合區(qū)域資料分析深部地熱場的成因機制。

4.2 探測資料處理解釋 通過野外工作，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，并對各項試驗數(shù)據(jù)和各區(qū)測點數(shù)據(jù)誤差進行統(tǒng)計，繪制各項試驗曲線及單支曲線并對曲線質量進行評級。為了獲得更高質量的資料處理結果，在室內對每個MT 點的時間序列原始數(shù)據(jù)進行了再處理，并采用多種方法突出有用信號，抑制干擾，提高資料的性噪比。

根據(jù)測深工作以野外實測數(shù)據(jù)，充分借鑒前人的地質、物探工作經(jīng)驗和研究成果，以及研究區(qū)地球物理場的分布規(guī)律及特征，大體劃分了蓋層與熱儲目的層的界面。從地電斷面可知，3 條測線斷面都有縱向分層，2 條測線斷面有橫向分塊的特點，這一特點反映了區(qū)內隱伏地層及構造的特征。蓋層總體以低阻為主（模型電阻率范圍1～100Ω·m），熱儲層則總體以相對高阻（電阻率范圍100～300Ω·m）為主。隱伏斷裂則表現(xiàn)為電性梯級帶、等值線出現(xiàn)扭曲變形或不連續(xù)。

MT1 剖面（圖1），測點21 個，剖面方向45°，點號由西南至東北遞增。圖1 為MT1 線大地電磁測深綜合剖面圖?？傮w來看，電阻率電性層傾角較大，成西南低阻東北高阻。根據(jù)電性斷面形態(tài)結合地質資料推測存在3 條斷裂，編號為HF1、HF2、HF3，其中HF1 斷層與遙感解譯斷層位置比較吻合。

圖1 MT1 線綜合剖面圖

HF1 斷層位于工作區(qū)北部山前，斷裂上斷點位于MT1-17 和MT1-18 之間，物探解釋為張性正斷層，傾向西南，傾角約70°，斷距約200m。

HF2 斷層的上斷點位于MT1-14 和MT1-15 點之間，電阻率顯示帶狀低阻，物探解譯為張性正斷層，傾向西南，傾角約65°。

HF3 斷層的上斷點位于MT1-7 點附近，電阻率顯示低阻漏斗區(qū)，物探解譯為張性正斷層，傾向西南，傾角約65°；受HF1 斷裂影響，斷層兩側均出現(xiàn)電阻率梯級帶及扭曲等特點。

MT2 剖面（圖2），測點6 個，剖面方向45°，點號由西南至東北遞增。圖2 為MT2 線大地電磁測深綜合剖面圖?？傮w來看，電阻率電性層傾角平緩。斷面圖未出現(xiàn)電阻率梯級帶及扭曲等特點。

圖2 MT2 線綜合剖面圖

MT3 剖面（圖3），測點21 個，剖面方向45°，點號由西南至東北遞增。圖3 為MT3 線大地電磁測深綜合剖面圖?？傮w來看，電阻率電性層傾角較大，成西南低阻東北高阻。受HF1 斷裂影響，斷層兩側均出現(xiàn)電阻率梯級帶及扭曲等特點。MT3-8 和MT3-10 之間出現(xiàn)低阻漏斗，推斷為高鐵、高壓線影響所致。

綜合分析，重點區(qū)蓋層主要為侏羅系和第四系，厚度約700m，巖性主要為泥巖、頁巖、砂巖、砂礫巖，其中泥巖占比不大，隔水和保溫效果一般。

HF1 斷裂帶沿薊縣系和青白口系地層界限展布，為工作區(qū)影響最深的斷層，成為主要的導水通道，淺層地下水或地表水通過斷層破碎帶運移至熱儲層或更深的地層中，形成較好水源補充。霧謎山組白云巖地層裂隙較發(fā)育，均未較好的導水通道。

重點工作區(qū)地熱成因屬于層狀地熱增溫型+斷裂導熱型。因薊縣系霧謎山組白云巖巖溶裂隙較發(fā)育，且存在較好的導水構造，推斷熱儲水量較豐富。重點區(qū)熱儲蓋層約700m，且隔水保溫效果一般。

5 結論

①本文從研究區(qū)的地層、構造等地質資料為出發(fā)點，介紹了大地電磁法在張家口地熱資源勘查中的應用情況，由反演電阻率剖面圖推斷區(qū)內的斷裂及儲熱層的埋深及厚度，經(jīng)鉆孔驗證證明大地的磁法勘查在張家口尋找地熱資源方面是可行的。②通過本次物探工作，推斷斷層3 條，即HF1、HF2 和HF3，其中HF1 斷層規(guī)模較大，影響范圍較廣，為工作區(qū)主要斷裂帶。并對各個斷層屬性進行了分析。